Методы испытаний электронных изделий

А. В. МОРОЗ
В. Е. ФИЛИМОНОВ

МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ 

ЭЛЕКТРОННЫХ ИЗДЕЛИЙ

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

Йошкар-Ола

ПГТУ
2022

УДК 621.38(076)
ББК 32.85я73

М 80

Рецензенты:

доцент кафедры электромеханики Марийского государственного 

университета, канд. техн. наук А. И. Орлов;

доцент кафедры радиотехнических и медико-биологических систем 

Поволжского технологического государственного университета,

канд. техн. наук С. А. Охотников

Печатается по решению 

редакционно-издательского совета ПГТУ

Мороз, А. В.

М 80  
Методы испытаний электронных изделий: лабораторный прак
тикум / А. В. Мороз, В. Е. Филимонов. – Йошкар-Ола: Поволжский 
государственный технологический университет, 2022. – 106 с.
ISBN 978-5-8158-2268-9

Представлены теоретические сведения, касающиеся современных ме
тодов проведения климатических и механических испытаний электронных 
изделий. Приведены содержание и порядок выполнения лабораторных работ по дисциплине «Контроль и испытания приборов и устройств электроники и наноэлектроники», контрольные вопросы по каждой теме.

Для студентов радиотехнических направлений подготовки.

УДК 621.38(076)

ББК 32.85я73

ISBN 978-5-8158-2268-9
© Мороз А. В., Филимонов В. Е., 2022
© Поволжский государственный 

технологический университет, 2022

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие..................................................................................................6

Список сокращений .....................................................................................8

Введение ........................................................................................................9

Лабораторная работа № 1
ИСПЫТАНИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ ИЗДЕЛИЙ 
НА ВИБРОУСТОЙЧИВОСТЬ.............................................................11

1.1. Теоретические сведения...............................................................11

1.1.1. Виды вибрации и ее параметры....................................11
1.1.2. Процесс проведения испытаний...................................17
1.1.3. Испытательное оборудование.......................................20
1.1.4. Измерение параметров вибрации.................................24
1.1.5. Пьезоэлектрические преобразователи.........................26
1.1.6. Крепление акселерометров......................................... 28
1.1.7. Виброметр. Структурная схема и принцип работы ..29

1.2. Содержание работы ......................................................................31
1.3. Порядок выполнения работы ......................................................32
1.4. Содержание отчета........................................................................34
1.5. Контрольные вопросы..................................................................34

Лабораторная работа № 2
ИСПЫТАНИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ ИЗДЕЛИЙ 
НА УДАРНУЮ ПРОЧНОСТЬ И УСТОЙЧИВОСТЬ....................36

2.1. Теоретические сведения...............................................................36

2.1.1. Удар и его параметры.....................................................36
2.1.2. Методика проведения испытаний................................37
2.1.3. Испытательное оборудование.......................................39
2.1.4. Измерение параметров ударного импульса................41

2.2. Содержание работы ......................................................................43
2.3. Порядок выполнения работы ......................................................43
2.4. Содержание отчета........................................................................46
2.5. Контрольные вопросы..................................................................47

Лабораторная работа № 3
ИСПЫТАНИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ ИЗДЕЛИЙ
НА ХОЛОДОУСТОЙЧИВОСТЬ.........................................................48

3.1. Теоретические сведения...............................................................48

3.1.1. Воздействие пониженной температуры
на аппаратуру и её элементы................................................ 48
3.1.2. Методика проведения испытаний
на холодоустойчивость.............................................................50
3.1.3. Испытательное и контрольно-измерительное 
оборудование ......................................................................... 50
3.1.4. Устройство, технические характеристики 
и обслуживание шкафа переменной температуры Т25/1.1 ....53

3.2. Содержание работы.......................................................................56
3.3. Порядок выполнения работы ......................................................56
3.4. Содержание отчета........................................................................57
3.5. Контрольные вопросы..................................................................57

Лабораторная работа № 4
ИСПЫТАНИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ ИЗДЕЛИЙ 
НА ТЕПЛОУСТОЙЧИВОСТЬ.............................................................59

4.1. Теоретические сведения...............................................................59

4.1.1. Влияние повышенной температуры на материалы, 
элементы и аппаратуру в целом..............................................59
4.1.2. Методика проведения испытания ................................60
4.1.3. Испытательное и контрольно-измерительное 
оборудование ......................................................................... 61
4.1.4. Статистическая обработка экспериментальных 
данных.........................................................................................69

4.2. Содержание работы ......................................................................72
4.3. Порядок выполнения работы ......................................................73
4.4. Содержание отчета........................................................................74
4.5. Контрольные вопросы..................................................................74

Лабораторная работа № 5
ГРАНИЧНЫЕ ИСПЫТАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ ИЗДЕЛИЙ.....76

5.1. Теоретические сведения...............................................................76

5.1.1. Основные понятия метода граничных испытаний....76
5.1.2. Этапы проведения граничных испытаний..................79
5.1.3. Определение частных областей 
безотказной работы...................................................................80
5.1.4. Построение обобщенной области 
безотказной работы ЭС ............................................................81
5.1.5. Корректировка параметров электронного средства..82

5.2. Содержание работы .....................................................................83
5.3. Порядок выполнения работы .....................................................83
5.4. Содержание отчета.......................................................................84
5.5. Контрольные вопросы.................................................................84

Лабораторная работа № 6
МАТРИЧНЫЕ ИСПЫТАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ ИЗДЕЛИЙ....86

6.1. Теоретические сведения...............................................................86

6.1.1. Методика проведения матричных испытаний.......... 86

6.2. Содержание работы......................................................................89
6.3. Порядок выполнения работы......................................................89
6.4. Содержание отчета.......................................................................90
6.5. Контрольные вопросы .................................................................90

Заключение..................................................................................................92

Список литературы ....................................................................................93

Приложение 1. Примеры электрических принципиальных схем 
для моделирования.....................................................................................94
Приложение 2. Указания по технике безопасности
при выполнении лабораторных работ ...............................................100

ПРЕДИСЛОВИЕ

Данный лабораторный практикум по курсу «Испытания и кон
троль качества электронных изделий» предназначен для студентов, обучающихся по направлениям подготовки 11.04.04 «Электроника и наноэлектроника», 11.04.03 «Конструирование и технология электронных средств». Издание может быть полезно также 
для студентов, обучающихся по другим направлениям подготовки: 
12.03.04 «Биотехнические системы и технологии»; 11.04.01. – «Радиотехника»; 27.03.04 – «Управление в технических системах»; 
11.04.02 «Информационные технологии и системы связи».

Настоящее издание охватывает вопросы, связанные с проведе
нием испытаний электронных приборов как при помощи лабораторных испытаний, так и математического моделирования.

Данное издание включает в себя шесть лабораторных работ:
• испытание электронных изделий на виброустойчивость;
• испытание электронных изделий на ударную прочность и 

устойчивость;

• испытание электронных изделий на холодоустойчивость;
• испытание электронных изделий на теплоустойчивость;
• граничные испытания электронных изделий;
• матричные испытания электронных изделий.
Каждая лабораторная работа состоит из двух частей: теорети
ческой и практической. 

Теоретическая часть содержит всю основную необходимую 

студенту информацию для успешного выполнения и защиты лабораторной работы. 

В практической части представлены содержание и порядок вы
полнения работы, требования к содержанию отчета по ней. 

Контрольные вопросы, дифференцированные по уровням зна
ний, позволяют обучающемуся провести самоконтроль усвоения
материала по каждой теме. 

В приложении 1 даны примеры электрических принципиаль
ных схем для моделирования (по вариантам). Приложение 2 содержит правила по технике безопасности, которые необходимо 

знать, а главное – соблюдать при выполнении лабораторных работ.

Поскольку темы, рассматриваемые в лабораторных работах, 

включают в себя сведения по междисциплинарным отраслям, то 
полное описание всего теоретического материала по этим вопросам в данном издании не представляется возможным, поэтому 
«продвинутые» и интересующиеся студенты посредством изучения материала из приведенного библиографического списка могут 
более полно погрузиться в ту или иную тему. 

Обучающиеся при выполнении лабораторных работ закреп
ляют на практике теоретические знания, полученные на лекционных занятиях и в ходе самостоятельного изучения материала, приобретают и закрепляют необходимые практические навыки испытания электронных изделий.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ВЧ – высокочастотное (устройство)
ИК – инфракрасное (устройство)
ПИ – программа испытаний
РЭА – радиоэлектронная аппаратура
РЭС – радиоэлектронное средство
СУ – стенд ударный
т.е.д.с. – термоэлектродинамическая сила
ТКЛР – температурный коэффициент линейного расширения
ТУ – технические условия
УУ – ударная установка
УУЭ – ударная установка электродинамическая
ЭИ – электронное изделие
ЭС – электронное средство

ВВЕДЕНИЕ

Контроль выступает средством повышения качества электрон
ных средств. 

Под качеством электронных изделий (ЭИ) понимают совокуп
ность свойств, определяющих способность изделий удовлетворять 
заданным требованиям потребителя. Качество ЭИ обусловливает 
их конструктивные, технологические, экономические, эргономические и другие параметры. 

Качество как свойство закладывается в процессе разработки и 

изготовления ЭИ, а объективно оценивается в процессе эксплуатации. Однако получаемая при этом информация является, во-первых, недостаточной, поскольку не все параметры электронного 
средства, необходимые для оценки качества, измеряются в условиях эксплуатации, а во-вторых – запоздалой, так как на изготовление ЭИ уже затрачены большие средства. 

Данная проблема усугубляется по мере дальнейшей микроми
ниатюризации электронных изделий, когда целые блоки выполняются в виде интегральных схем (ИС), которые являются неремонтопригодными. 

Испытания как основная форма контроля ЭС представляют со
бой экспериментальное определение при различных воздействиях 
количественных и качественных характеристик изделий при их 

функционировании. При этом как сами испытываемые изделия, 
так и воздействия могут быть смоделированы.

Цели испытаний на разных этапах проектирования и изготов
ления электронных изделий различны. 

К основным целям испытания, общим для всех ЭИ, можно от
нести: 

• выбор оптимальных конструктивно-технологических реше
ний при создании новых изделий; 

• доводку изделий до необходимого уровня качества; 
• объективную оценку качества изделий при их постановке на 

производство, в процессе производства и при техническом обслуживании;

• гарантирование качества изделий при международном това
рообмене. 

Программа и методы проведения испытаний определяются 

конкретными видом и назначением ЭИ, а также условиями эксплуатации. 

В данном лабораторном практикуме представлено, кроме не
обходимых теоретических сведений, описание методики проведения наиболее часто проводимых испытаний ЭИ и лабораторного 
оборудования, применяемого при испытаниях. Первые четыре лабораторные работы направлены на получение и закрепление обучающимися практических навыков по проведению испытаний ЭИ. 
Пятая и шестая лабораторные работы посвящены изучению методов математического и физического моделирования испытаний на
разных этапах разработки электронного изделия.

Лабораторная работа № 1

ИСПЫТАНИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ ИЗДЕЛИЙ 

НА ВИБРОУСТОЙЧИВОСТЬ

Цель работы – изучение методик испытаний на виброустой
чивость виброиспытательного оборудования и контрольно-измерительных приборов, выработка навыков составления программ 
испытаний и их проведения.

1.1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

1.1.1. Виды вибрации и ее параметры

Вибрацией принято называть колебательное движение тела от
носительно опорного положения равновесия.

В зависимости от характера колебаний различают детермини
рованную и случайную вибрацию. Детерминированным называют 
процесс, который можно описать математическими соотношениями с высокой степенью приближения. Процессы, протекание которых во времени не может быть описано аналитическими выражениями, называют случайными.

В свою очередь детерминированная вибрация может быть 

периодической и непериодической.

Периодической вибрацией называют процесс, в котором зна
чения колебательной величины повторяются через одинаковые 
промежутки времени t в той же последовательности. Периодическая вибрация может характеризоваться несколькими колебательными величинами одновременно.

К параметрам линейной вибрации относят перемещение, ско
рость, ускорение, резкость, силу, мощность. К параметрам угловой
вибрации – угол поворота, угловую скорость, угловое ускорение, 
угловую 
резкость 
и 
момент 
сил. 
Оба 
вида 
вибрации 

характеризуются также фазой, частотой и коэффициентом нелинейных искажений.

Мгновенное значение координаты положения точки при коле
бательном движении называют перемещением и обозначают S(t). 
Первую производную перемещения во времени называют скоро
стью 𝑉 =

𝑑𝑠
𝑑𝑡, вторую – ускорением 𝑎 =

𝑑2𝑆(𝑡)

𝑑𝑡2 , третью – резкостью

𝑈 =

𝑑3𝑆(𝑡)

𝑑𝑡3 .

Периодическую вибрацию разделяют на гармоническую и по
лигармоническую. Так как при описании вибрации начальной фазой колебаний пренебрегают, то аналитическое выражение для 
гармонической вибрации имеет следующий вид:

𝑆(𝑡) = 𝐴sin2𝜋𝑓𝑡,
(1.1)

где A – амплитуда перемещения,

f – частота колебаний.
Частотный спектр гармонической вибрации состоит из одной 

составляющей амплитуды на данной частоте и называется дискретным или линейчатым.

Полигармоническая вибрация может быть представлена как 

сумма ряда гармонических колебаний с различной амплитудой и 
частотой, кратной основной частоте:

𝑆(𝑡) =

𝑎0
2 + ∑
(𝑎𝑛cos2𝜋𝑛𝑓𝑡 + 𝛽𝑛sin2𝜋𝑛𝑓𝑡)
∞
𝑛=1
;
(1.2)

𝑎𝑛 =

2
𝑇 ∫ 𝑆(𝑡)cos2𝜋𝑛𝑓𝑡𝑑𝑡; 𝛽𝑛 =

2
𝑇 ∫ 𝑆(𝑡)sin2𝜋𝑓𝑡𝑑𝑡

𝑇
0

𝑇
0
,

где n = 1,2,… – номер гармоники,

𝛼𝑛, 𝛽𝑛 − коэффициенты Фурье.
При анализе полигармонических вибраций целесообразно 

использовать параметры, непосредственно связанные с энергосодержанием 
колебаний. 
Ими 
являются 
среднее

арифметическое, среднеквадратичное и пиковое значения колебательной величины.

Под средним значением понимают среднее арифметическое 

от всех мгновенных значений колебательной величины x(t) за 
период

𝑋0 =

1
𝑇 ∫ 𝑋(𝑡)𝑑𝑡

𝑇
0
.
(1.3)

Среднеквадратичное значение колебательной величины за пе
риод называют действующим

𝑋д = √1

𝑇 ∫ 𝑋2(𝑡)𝑑𝑡.

𝑇
0
(1.4)

Отношение действующего значения к среднему называют ко
эффициентом формы

𝐾 = 𝑋д

𝑋0

,
(1.5)

а отношение пикового значения к действующему – пикфактором.

𝑙 = 𝑋пик

𝑋д

.
(1.6)

При исследовании полигармонических вибраций указанные 

величины измеряют в определяемом непрерывной совокупностью 
всех частот диапазоне от нижней граничной частоты 𝑓н до верхней 
граничной частоты 𝑓𝛽. Если физическое содержание задачи позволяет разделить рассматриваемый диапазон на участки, то их называют поддиапазонами или полосами частот. Ширину полосы